1.2.2地理信息系统(gis)和数字地球

1、信息：信息是用文字、数字、符号、语言、图像等介质来表示事件、事物、现象等的内容、数量或特征，从而向人们（或系统）提供关于现实世界新的事实和知识，作为生产、建设、经营、管理、分析和决策的依据。

2、数据：通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，是用以载荷信息的物理符号，在计算机化的地理信息系统中，数据的格式往往和具体的计算机系统有关，随载荷它的物理设备的形式而改变。

3、地理信息：是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释。

4、地理信息系统（GIS , Geographic Information System）是在计算机硬、软件系统支持下，对现实世界（资源与环境）的研究和变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统5、元数据：一般认为是“关于数据的数据”6、空间数据用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置、属性及其便捷的信息。

7、数据结构即指数据组织的形式，是适合于计算机存储、管理和处理的数据逻辑结构。

8、栅格数据结构就是像元阵列，每个像元的行列号确定位置，用像元值表示空间对象的类型、等级等特征。

每个栅格单元只能存在一个值。

9、矢量数据结构是通过记录坐标的方式，尽可能地将点、线、面地理实体表现得精确无误。

其坐标空间假定为连续空间，不必象栅格数据结构那样进行量化处理。

10、DEM：即数字高程模型，是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟（即地表形态的数字化表示），它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。

11、DTM：即数字地面模型，是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一个简单的统计表示，或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。

数字地球的原理和应用1. 什么是数字地球数字地球是一种基于计算机技术和地理信息系统（GIS）的概念，用于描述将地球上的地理空间信息数字化和虚拟化的过程和结果。

2. 数字地球的原理数字地球的实现主要基于以下原理：2.1 地理空间数据采集与处理地理空间数据的采集和处理是数字地球实现的关键步骤。

通过遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等手段，可以获取丰富的地理空间数据，并通过计算机技术进行处理和分析。

2.2 地理空间数据的存储与管理数字地球需要存储和管理大量的地理空间数据，以支持数据的查询、分析和可视化等操作。

数据库技术在数字地球中起着重要的作用，可以将地理空间数据以结构化的方式存储，并提供高效的查询和管理功能。

2.3 地理空间数据的分析与建模通过对地理空间数据的分析和建模，可以揭示地理空间现象之间的关系和规律。

地理信息系统和数据挖掘技术可以用于分析地理空间数据，并构建地理空间模型，从而为数字地球的应用提供支持。

2.4 地理空间数据的可视化与呈现数字地球通过地图的可视化和呈现，将复杂的地理空间信息以直观的方式展示给用户。

地理信息系统和虚拟现实技术可以实现地理空间数据的可视化和呈现，提供交互式的地图浏览和探索功能。

3. 数字地球的应用数字地球在各个领域都有广泛的应用，以下列举了一些主要的应用领域：3.1 地理空间数据分析与规划数字地球可以用于地理空间数据的分析和规划，比如城市规划、交通规划、环境保护等。

通过分析地理空间数据，可以评估不同方案的影响和效果，提供科学依据和决策支持。

3.2 资源管理与环境监测数字地球可以用于资源管理和环境监测，比如土地利用、水资源管理、气候变化监测等。

通过监测和分析地理空间数据，可以有效管理资源，预测环境变化，并制定相应的措施，实现可持续发展。

3.3 灾害应急与风险评估数字地球可以用于灾害应急和风险评估，比如自然灾害的预测和应对、城市安全规划等。

通过分析地理空间数据，可以提前警示灾害风险，制定紧急救援计划，并为相关决策提供支持。

1、地理信息科学: 地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存贮、提取以及管理和分析的过程中所提出的一系列基本问题,如数据的获取与集成、分布式计算、地理信息的认知和表达、空间分析、地理信息基础设施建设、地理数据的不确定性及其对于地理信息系统操作的影响、地理信息系统的社会实践等。

2、数字地球: 数字地球是人类以数字的形式再现的地球信息场，是信息化的地球。

它包括地球信息的获取、处理、传输、存储管理、检索、决策分析和表达等内容。

它外在表现为超大型并行、互连和智能的计算机管理信息系统。

空间、地下和地面的各种传感器，计算机网络，计算机数据处理中心，生物和非生物的信息前端、终端及载体等是数字地球的基础设施。

从狭义的地学技术面来看，数字地球技术主要包括地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）等技术。

3、数字地形模型: 数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

数字地形模型中地形属性为高程时称为数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）。

4、Web地理信息系统（WebGIS）: WebGIS是Internet技术应用于GIS开发的产物。

利用Internet 在Web上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能5、开放式地理信息系统（OpenGIS）: OPEN GIS是通过开放式地理空间数据互操作规范来实现的。

指在国家和世界范围内的分布式环境下实现地理空间数据和地理信息处理资源的共享。

6、虚拟现实: 虚拟现实（Virtual Reality），简称VR或称灵境技术，实际上是一种可创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。

此种虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，亦可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。

7、拓扑结构：或网络拓扑结构，是指网络上计算机、缆线或其他组件的物理布局。

地理信息技术是一门综合性技术领域，包括地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和数字地球技术等。

以下是一些常见的地理信息技术名称及其缩写：1. 地理信息系统（Geographic Information System或GeoInformation system，GIS）- GIS是最常见的地理信息技术之一，它用于捕获、存储、管理、分析和展示地理空间数据。

2. 遥感（Remote Sensing，RS）- 遥感是通过分析从飞机或卫星收集的遥远地区的数据来获取信息的技术。

3. 全球定位系统（Global Positioning System，GPS）- GPS是一个全球性的导航系统，用于确定地球上的任何位置的精确坐标。

4. 数字地球技术（Digital Earth Technology）- 数字地球技术涉及创建数字模型来模拟地球的表面和地下结构，以便于研究和决策。

5. 地理信息系统协会（Association of American Geographers，AAG）- AAG是一个专业组织，致力于地理学的研究和地理信息技术的应用。

6. 欧洲地理信息系统协会（European Geodetic Union，EUG）- EUG是一个欧洲范围内的组织，专注于地理信息和地球观测的研究与应用。

7. 国际地理联合会（International Geographical Union，IGU）- IGU是一个国际性的地理学学术组织，涵盖地理学研究和地理信息技术的应用。

8. 地理信息科学（Geographic Information Science，GIScience）- GIScience是研究地理信息系统的科学基础，包括数据模型、分析方法和理论。

这些技术和组织在地理信息的管理、分析和应用中发挥着重要作用，支持着各种领域的决策制定和科学研究。

第三、四节地理信息系统的应用和数字地球学习目标：1.了解地理信息系统和数字地球的定义。

2.理解地理信息系统的功能和流程并结合实例学会分析地理信息系统可以解决的四类问题。

(重点) 3.会使用常见的GIS产品，能分别说明地理信息系统在城市管理中的应用。

(重点)4．掌握数字地球的核心思想和应用前景。

(难点)1．地理信息系统的应用(1)地理信息系统①概念依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统，简称GIS。

②功能③工作流程信息输入→数据处理→数据库管理→空间分析→可视化表达(2)地理信息系统可以解决的四类基本问题①与分布、位置有关的基本问题查询“地点”和“状况”；查询符合一定条件的地物位置。

②趋势分析通过某地物随时间变化的过程，分析其发展趋势。

③模式问题揭示各种地物之间的空间关系。

④模拟问题利用已掌握的规律建立起一定模型，模拟具备某种条件时将出现的结果。

(3)地理信息系统在城市管理中的应用①城市信息管理与服务：向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息。

②城市规划：查询和统计，并用三维影像显示市貌，分析城市现状，有效管理城市地下管网。

③城市道路交通管理⎩⎨⎧显示道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息提供多种类型的查询及时发布交通信息④城市救灾防灾⎩⎨⎧跟踪灾难发生、发展过程对灾害进行快速分析、评价和模拟辅助开展灾后的应急和恢复工作⑤城市环境管理：主要包括环境规划与决策、监测、评价、预测与模拟等。

(1)数字地球①含义：对真实地球及相关现象的统一性的数字化重现与再认识。

②应用技术：全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等。

③核心思想a．用数字化手段统一处理地球问题。

b．最大限度地利用信息资源。

④基础a．全球网络要求信息网络嵌入到每个人的日常生活中。

b．分布式存储信息分开存储到全球各地的计算机中。

高速宽带网络的建设及其传输速度，是建立数字地球的重要基础。

⑤最大特征与依据——虚拟现实技术。

地理信息系统概论课后习题答案第一章导论1、什么是地理信息系统（GIS）？它与一般计算机应用系统有哪些异同点？答：地理信息系统：是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。

GIS脱胎于地图学，是计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学等众多学科交叉融合而成的新兴学科。

但是，地理信息系统与这学科和系统之间既有联系又有区别：（1）GIS与机助制图系统机助制图是地理信息系统得主要技术基础，它涉及GIS中的空间数据采集、表示、处理、可视化甚至空间数据的管理。

地理信息系统和数字制图系统的主要区别在于空间分析方面。

一个功能完善的地理信息系统可以包含数字制图系统的所有功能，此外它还应具有丰富的空间分析功能。

（2）GIS与DBMS(数据库管理系统) GIS除需要功能强大的空间数据的管理功能之外，还需要具有图形数据的采集、空间数据的可视化和空间分析等功能。

因此，GIS在硬件和软件方面均比一般事务数据库更加复杂，在功能上也比后者要多地多。

（3）GIS与CAD系统二者虽然都有参考系统，都能描述图形，但CAD系统只处理规则的几何图形、属性库功能弱，更缺乏分析和判断能力。

（4）GIS与遥感图像处理的系统遥感图像处理的系统是专门用于对遥感图像数据处理进行分析处理的软件。

它主要强调对遥感栅格数据的几何处理、灰度处理和专题信息提取。

这种系统一般缺少实体的空间关系描述，难以进行某一实体的属性查询和空间关系查询以及网络分析等功能。

2、地理信息系统有哪几个主要部分组成？它的基本功能有哪些？试举目前广泛应用的两个基础地理信息系统软件为例，列出它们的功能分类表，并比较异同点？主要有五个组成部分：（1）系统硬件：包括各种硬件设备，是系统功能实现的物质基础；（2）系统软件：支持数据采集、存储、加工、回答用户问题的计算机程序系统；（3）空间数据：系统分析与处理的对象，构成系统的应用基础；（4）应用人员：GIS服务的对象，分为一般用户和从事建立、维护、管理和更新的高级用户；（5）应用模型：解决某一专门应用的应用模型，是GIS技术产生社会经济效益的关键所在。

第2课时地理信息系统（GIS）地理信息技术与数字地球知识点四、地理信息系统(GIS)1．概念：专门处理数据的计算机系统。

2．简要程序信息源：地图、遥感图像、野外考察、室内实验、社会经济统计等获得的数据数据处理：建立模型和数据模型数据库：若干组成GIS数据库空间分析：表达：形式有、数字、、统计图表等3．应用(1)可提供反映区域状况的各种。

(2)对区域内的各种条件，进行更为精确的、。

(3)对环境和自然灾害进行及。

(4)在城市管理中的应用已得到推广。

『答案』空间空间图层地图图像空间信息分析评价动态监测评估预测【注意提示】地理信息系统与地图相比的优点地理信息系统能够建立数据模型，即通过一定的方式将所要表示的内容转变成数据，这是地理信息系统与地图最基本的差异。

与地图相比主要有以下优点：(1)信息量大，使用方便。

地理信息系统可提供反映区域状况的各种空间信息，并可建立揭示区域结构特征和发展规律的模型。

(2)功能强大完备。

地理信息系统可以提供查询检索、空间分析、修改补充、距离测算等多种功能。

(3)能够进行动态监测和评估预测。

例如，根据对我国大兴安岭地区的研究，通过普查分析森林火灾情况，统计分析十几万个气象数据，从中筛选出气温、风速、降水、湿度等气象要素，以及春、秋两季植被的生长情况和积雪覆盖程度等14个因子，用模糊数学方法建立数学模型，建立微机信息系统的多因子综合指标森林火险预报方法，预报火险等级的准确率可达73％以上。

这些都是地图无法完成的。

知识点五、地理信息技术与数字地球1．为构建数字地球奠定了基础。

2．数字地球是指的地球，即把整个地球信息进行数字化后，由计算机网络来管理的技术系统。

『答案』地理信息技术数字化【注意提示】数字地球将不同空间、时间、自然、人文的大量信息，按地理坐标，从区域到全球进行整合，并进行立体的、动态的显示，能为复杂的生产、研究活动提供实验条件和试验基地。

地理信息技术为构建数字地球奠定了基础，数字地球是以遥感技术、遥测技术、数据库与地理信息系统、高速计算机网络技术和虚拟技术为核心的信息技术系统。

地理信息技术包括-—地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和数字地球技术.地理信息系统定义地理信息系统(Geographic Information System或Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”。

它是一种特定的十分重要的空间信息系统。

它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题.基本特点通过上述的分析和定义可提出GIS的如下基本概念：1、GIS的物理外壳是计算机化的技术系统，它又由若干个相互关联的子系统构成，如数据采集子系统、数据管理子系统、数据处理和分析子系统、图像处理子系统、数据产品输出子系统等，这些子系统的优劣、结构直接影响着GIS的硬件平台、功能、效率、数据处理的方式和产品输出的类型。

2、GIS的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。

空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码,实现对其定位、定性和定量的描述、这是GIS区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术难点之所在。

3、GIS的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评价能力，可以得到常规方法或普通信息系统难以得到的重要信息，实现地理空间过程演化的模拟和预测。

4、GIS与测绘学和地理学有着密切的关系。

大地测量、工程测量、矿山测量、地籍测量、航空摄影测量和遥感技术为GIS 中的空间实体提供各种不同比例尺和精度的定位数；电子速测仪、GPS全球定位技术、解析或数字摄影测量工作站、遥感图像处理系统等现代测绘技术的使用,可直接、快速和自动地获取空间目标的数字信息产品，为GIS提供丰富和更为实时的信息源，并促使GIS向更高层次发展.地理学是GIS的理论依托。

数字地球与人类社会可持续发展
数字地球是一个集成了地理信息系统（GIS）、遥感技术、全球定位系
统（GPS）以及其他信息技术的全球性网络，它能够实时地收集、处理、存储和展示地球表面的数据。

这一概念在人类社会可持续发展中扮演
着至关重要的角色。

首先，数字地球为环境监测提供了强大的工具。

通过遥感卫星和地面
传感器，我们可以实时监控森林覆盖、水资源状况、土地利用变化等
关键环境指标。

这些数据对于评估环境政策的效果、预测自然灾害和
制定可持续发展计划至关重要。

其次，数字地球促进了资源管理的优化。

通过精确的地理信息，我们
可以更有效地规划城市发展、农业种植和能源分配。

例如，通过分析
土壤类型和气候条件，农业专家可以推荐最适合种植的作物，从而提
高产量并减少资源浪费。

再者，数字地球在教育和公众意识提升方面发挥着作用。

通过可视化
工具，人们可以直观地了解全球气候变化、生物多样性丧失等环境问题，从而提高公众对可持续发展重要性的认识。

此外，数字地球还支持了全球合作。

国际组织和政府可以利用这一平
台共享数据和信息，协调应对全球性的环境和社会挑战，如气候变化、贫困和疾病控制。

最后，数字地球为创新和科技发展提供了平台。

它激发了新的商业模
式和服务，如基于位置的服务、智能交通系统和智慧城市建设，这些
都是推动社会可持续发展的关键因素。

总之，数字地球通过提供精确的地理信息和促进全球合作，为人类社会实现可持续发展目标提供了强有力的支持。

随着技术的不断进步，我们可以期待数字地球在未来发挥更大的作用。